蔬菜大棚智能除雪监控系统模型设计与研究.pdf

目 录 中文摘要I Abstract II 1 引言 1 1.1 课题研究背景及意义 1 1.2 国内外相关研究现状 3 1.2.1 雪深监测技术 3 1.2.2 降雪强度监测技术 3 1.2.3 大棚除雪技术研究现状 4 1.3 课题研究内容 7 2 大棚智能除雪监控系统模型总体设计 9 2.1 大棚智能除雪监控系统需求分析 9 2.2 大棚智能除雪监控系统总体设计方案 9 2.3 大棚智能除雪监控系统平台设计与选型 11 2.3.1 除雪车机械结构设计 11 2.3.2 图像采集平台设计 12 2.3.3 除雪控制模块设计 13 2.4 大棚智能除雪监控系统硬件介绍 14 2.5 本章小结 18 3 降雪信息监测与速度参数匹配模块设计 19 3.1 数字图像处理技术 19 3.2 图像预处理 19 3.2.1 图像增强 20 3.2.2 灰度化 22 3.2.3 图像分割 22 3.3 降雪雪深监测 23 3.3.1 雪深图像处理 23 3.3.2 雪深刻度识别 25 3.3.3 识别结果分析 26 3.4 实时降雪监测 27 3.4.1 降雪视频分析 27 3.4.2 降雪信息提取 29 3.4.3 降雪强度信息估算 31 3.5 降雪信息处理与速度匹配 33 3.6 本章小结 34 4 除雪车控制系统设计 35 4.1 除雪车控制系统工作原理 35 4.2 除雪车控制硬件电路设计 36 4.3 除雪车控制系统软件设计 39 4.3.1 除雪车各驱动轴转速监测算法设计 39 4.3.2 除雪制动及换向控制算法设计 41 4.3.3 数据传输算法设计 42 4.5 本章小结 43 5 远程操控系统设计 44 5.1 组态软件简介 44 5.2 界面设计与实现 44 5.2.1 搭建环境及步骤 44 5.2.2 界面设计 45 5.3 通讯传输配置 47 5.3.1 与4G DTU 模块配置 47 5.3.2 与应用软件配置 48 5.4 实验结果及分析 50 5.5 本章小结 51 6 总结与展望 52 6.1 论文工作总结 52 6.2 本文创新点 53 6.3 研究展望 53 参考文献 54 附 录 58 致 谢 62 攻读硕士学位期间成果 63 山东农业大学硕士专业学位论文 中文摘要 蔬菜大棚是我国反季节蔬菜的主要种植方式，大棚蔬菜的产量和质量不仅直接影响 农户的经济效益，而且还影响着我国大部分居民冬季的 “菜篮子”。我国北方冬季时常 出现降雪天气，若降雪尤其夜间降雪后，不能及时清理蔬菜大棚棚膜上的积雪，轻则影 响作物光合作用导致减产降质，重则造成大雪压塌大棚，进而给农户带来巨大的经济财 产损失。我国现阶段蔬菜大棚除雪方式基本以人工除雪为主，除雪效率低、费时费力， 无法快速实现棚区大面积除雪；即便有些大棚采用了半自动化除雪设备，其智能化、自 动化水平也较低，多数仍需人工全程参与，同样做不到短时间内全面清除棚顶积雪。本 研究旨在实现降雪天蔬菜大棚实时除雪，通过深入调查研究国内外大棚除雪智能化设备 领域研究现状，在现有除雪设备的基础上进行改进，研究设计了一套蔬菜大棚智能除雪 监控系统模型。 （1）现有除雪车机械结构设计改进。将结构相同、螺纹方向相反的除雪毛刷和螺旋 式除雪铲作为清雪执行机构置于除雪车两端实现前后双向除雪；以履带车作底盘增加除 雪车的运行稳定性；车身设计为半球状便于车身及棚面积雪滑落。 （2 ）降雪信息采集与速度匹配模块设计。对OV5640 摄像头和家用星光级WEB 摄 像机采集的原始图像进行图像处理，提取出雪深刻度值和实时降雪强度信息，依据自主 规定标准匹配除雪车运行速度参数。分析实时降雪情况，实现在